分析了多級減壓籠罩式調(diào)節(jié)閥在國內(nèi)超臨界600MW 機組中用于給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥時損壞的原因，介紹了國產(chǎn)迷宮芯包式調(diào)節(jié)閥采用的平衡迷宮減壓方式，使通過閥瓣密封部位的流體氣蝕狀況得到很好的控制，解決了超臨界機組給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥存在的氣蝕和沖刷等問題。

1、概述

　　600MW 超臨界機組的給水系統(tǒng)配備2 臺50%容量的汽動給水泵和1 臺啟動電動給水泵，給水泵設(shè)計出口水壓為30 ～ 31MPa。給水泵出口配備的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥采用連續(xù)調(diào)節(jié)的方式，原配套為7 層級減壓籠罩式調(diào)節(jié)閥，使用后經(jīng)常出現(xiàn)閥瓣組件破壞性損壞。根據(jù)實際的使用情況更換為國產(chǎn)迷宮芯包式調(diào)節(jié)閥，保證了系統(tǒng)正常運行。

2、多級減壓籠罩式調(diào)節(jié)閥

　　多級減壓籠罩式調(diào)節(jié)閥運行約5 個月后開始出現(xiàn)嚴重的內(nèi)漏現(xiàn)象，使給水泵能耗損失增加，通過對閥門解體檢驗，其籠罩、閥瓣和閥座等均有氣蝕和沖刷造成的損壞。

　　2.1、籠罩

　　多級減壓籠罩式調(diào)節(jié)閥采用多級減壓的節(jié)流型式，其節(jié)流減壓能力有限，減壓過程中出現(xiàn)流速突增，減壓期間使介質(zhì)壓力低于汽化壓力，產(chǎn)生嚴重的氣蝕現(xiàn)象，不能從根本上消除閥門開啟時的氣蝕。由于設(shè)計的節(jié)流方式和節(jié)流減壓能力不能滿足實際運行工況要求，導(dǎo)致減壓籠罩受到嚴重的氣蝕和沖刷破壞( 圖1) ，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認為使其在實際的運行中完全喪失節(jié)流減壓作用。

圖1 籠罩氣蝕狀況

　　2.2、閥瓣

　　在機組調(diào)峰時，給水泵流量過小，需要開啟再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，提高給水泵的流量，便于給水控制。在該階段，由于閥門開度相對較小( 一般控制開度15% ～20%) ，閥門動作次數(shù)增加，閥瓣組件承受沖刷的時間長，加劇閥瓣密封面部位的氣蝕破壞，閥門內(nèi)漏加劇。閥門關(guān)閉時，給水壓力較高，閥瓣內(nèi)漏導(dǎo)致的氣蝕更為嚴重，造成閥瓣密封面的進一步破壞( 圖2) 。

圖2 籠罩式調(diào)節(jié)閥閥瓣氣蝕狀況

　　2.3、閥座

　　閥座由非金屬材料組裝，其與基座的配合強度在小開度工況下( 即使設(shè)定最小開度的情況) ，易受汽水沖刷、空化而逐步脫落，造成關(guān)閉不嚴( 圖3) 。

圖3 籠罩式調(diào)節(jié)閥閥座氣蝕狀況

圖4 流體經(jīng)過閥瓣部位時的頸縮現(xiàn)象

　　2.4、氣蝕

　　流體通過調(diào)節(jié)閥時，壓力P1、流速V1的介質(zhì)流動到閥瓣部位，閥瓣與閥座產(chǎn)生節(jié)流和頸縮現(xiàn)象( 圖4) ，速度迅速增加至V2，壓力降低至P2，低于該介質(zhì)的飽和蒸汽壓力PV，介質(zhì)汽化形成氣泡。當介質(zhì)流過閥瓣和閥座的頸縮部位后，由于通道改變，壓力回升動能轉(zhuǎn)換為勢能，壓力回復(fù)為P3，速度回復(fù)為V3( 圖5) ，當壓力超過介質(zhì)的飽和蒸汽壓力PV時，形成的氣泡就會發(fā)生破裂，產(chǎn)生極強的局部壓力。氣泡破裂時產(chǎn)生的巨大能量在瞬間對閥瓣、閥座等節(jié)流元件產(chǎn)生破壞，在A 區(qū)域( 圖5) 形成氣蝕。

　　由于氣蝕時產(chǎn)生的表面破壞力太大，僅提高閥瓣組件的硬度不能從根本上解決氣蝕現(xiàn)象造成的后果，籠罩式調(diào)節(jié)閥的閥瓣組件全部進行表面硬化處理，雖然組件的表面硬度已經(jīng)達到58 ～ 60 HRC，但整個閥門在使用約5 個月后然會出現(xiàn)較嚴重的內(nèi)漏現(xiàn)象，每年檢查均發(fā)現(xiàn)閥瓣組件嚴重的損壞。

圖5 介質(zhì)通過調(diào)節(jié)閥壓力變化曲線

　　多級減壓籠罩式調(diào)節(jié)閥的閥瓣、籠罩和閥座屬于整體加工成型并進行熱處理，在閥瓣組件損壞后無法進行完好修復(fù)處理，即使修復(fù)后由于存在異種鋼高硬度焊接問題，其使用效果更差。

3、迷宮芯包式調(diào)節(jié)閥

　　迷宮芯包式調(diào)節(jié)閥的減壓閥瓣采用多層迷宮式盤片加工成減壓件，盤片內(nèi)加工多個平行流道，且有一定數(shù)量的直角轉(zhuǎn)彎( 圖6) ，每個流道均可以起到降低介質(zhì)流速的作用。芯包內(nèi)側(cè)設(shè)計有圍堰結(jié)構(gòu)( 圖7) ，以均勻閥瓣周圍的壓力，保持閥瓣的對中。流體相互作用，降低流體流速，避免高壓液體對閥座的沖刷。在流體經(jīng)過流道時速度降低，使得經(jīng)過芯包的介質(zhì)流速始終控制在30m /s 以內(nèi)( 流速30m /s以內(nèi)的流體對節(jié)流原件的沖蝕作用為最小) 。使得介質(zhì)的壓力始終保持高于介質(zhì)的汽化壓力PV( 圖6) ，從根本上消除氣蝕現(xiàn)象，保證閥瓣組件使用時的安全性。

圖6 迷宮式調(diào)節(jié)閥芯包及盤片的減壓原理

圖7 迷宮式調(diào)節(jié)閥閥瓣包的盤片和圍堰結(jié)構(gòu)

　　迷宮式調(diào)節(jié)閥在超臨界機組上安裝使用，閥門前后最大壓差為30MPa、介質(zhì)為水、溫度180℃，布置于除氧器上部，連續(xù)調(diào)節(jié)使用。閥門使用13 個月后，其芯包狀況良好，沒有任何損壞，不需要進行維修。閥瓣和閥座密封面部位在使用8 個月后沒有任何損壞，在13 個月后出現(xiàn)較明顯的氣蝕現(xiàn)象，但不影響閥門的正常開關(guān)，現(xiàn)場檢驗其內(nèi)漏量微小。由于閥瓣整體采用司太立硬質(zhì)合金堆焊加工成型，當閥瓣、閥座出現(xiàn)損傷時，可以重新堆焊加工修復(fù)。相對于籠罩式調(diào)節(jié)閥的整套閥瓣組件更換，維修費用低，并可在線快速更換。

4、結(jié)語

　　迷宮芯包式調(diào)節(jié)閥采用多層迷宮盤片降壓，限制介質(zhì)流速，保持介質(zhì)壓力始終在汽化壓力之上，消除了介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時出現(xiàn)的氣蝕現(xiàn)象。芯包內(nèi)采用圍堰結(jié)構(gòu)，使閥瓣周圍壓力均勻，避免了介質(zhì)對閥座的直接沖刷。密封面堆焊司太立合金，使密封面能長期工作且方便維修。迷宮芯包式調(diào)節(jié)閥可以用做超臨界機組給水泵再循環(huán)閥。